از آنجایی که لودسل با تولید امواج به صورت مستقیم وزن را اندازه‌گیری می‌کند، عنصر کلیدی تمامی ابزارهای صنعت توزین است. اصلا مهم نیست شما از کدام ابزار توزین استفاده می‌کنید؛ ترازو آزمایشگاهی، فروشگاهی و صنعتی یا باسکول کفی و جاده ای، تمامی آنها برای اندازه‌گیری وزن با لودسل کار می‌کنند.
لودسل با مکانیزم‌های مختلفی فشار وارد شده بر خود را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند؛ این مکانیزم‌ها عبارتند از لودسل آنالوگ، لودسل هیدرولیک، لودسل هیبرید آنالوگ/دیجیتال، لودسل دیجیتال و لودسل ®POWERCELL. در این مقاله تمرکز اصلی بر لودسل دیجیتال است، اما برای شناخت بهتر آن بایستی با مکانیزم لودسل آنالوگ هم آشنا شوید تا درک بهتری از خروجی نمونه دیجیتال داشته باشید.
لودسل دیجیتال چگونه کار می کند؟
در ابتدا، ما باید اساس کار لودسل کرنش سنج را که مبنای آن تغییر شکل است را درک کنیم. تراشه فلزی گیج کرنش، قطعه‌ای است که مقاومت الکتریکی آن با اعمال نیرو تغییر می‌کند. به عبارت دیگر هر گونه اعمال نیرو، فشار، کشش، تراکم، گشتاور، وزن و غیره را به مقاومت الکتریکی تبدیل می‌کند و تغییرات اندازه را به صورت سیگنال‌های قابل اندازه‌گیری به نمایشگر ارسال می‌کند.
از نظر ساختاری، یک لودسل از یک بدنه فلزی ساخته شده است که کرنش سنج ها درون آن تعبیه شده‌اند. بدنه آنها معمولاً از جنس آلومینیوم یا فولاد ضد زنگ ساخته می‌شود که به سنسور دو ویژگی مهم می‌دهد: (1) استحکام در برابر بارهای اعمال شده و (2) دارای خاصیت ارتجاعی است که تغییر شکل ایجاد شده در اعمال نیرو بعد از برداشت نیرو به شکل اولیه خود باز می‌گردند.
هنگامی که یک نیرو (کشش یا فشار) اعمال می‌شود، سنسور همانند یک “فنر” عمل می‌کند و کمی تغییر شکل می‌دهد و بعد از برداشتن نیرو به شکل اولیه خود باز می‌گردد.
با تغییر شکل، کرنش سنج تغییرات را بر پایه مقاومت الکتریکی به صورت سیگنال دیجیتال ثبت می‌کند. بنابراین، تغییر ولتاژ متناسب با نیروی فیزیکی اعمال شده از طریق خروجی ولتاژ از مدار لودسل محاسبه می‌شود.
سیگنال تولید شده توسط پل سیگنال تعبیه شده در لودسل قدرت بسیار کمی دارد و ممکن است با سایر اجزای سیستم مانند PLC، ماژول های جمع آوری داده (DAQ)، کامپیوترها یا ریزپردازنده ها تداخل پیدا کند و تضعیف شود. بنابراین، مبدل سیگنال، ولتاژ سیگنال خروجی (mV/V) را به شکل دیگری از سیگنال که برای کاربر مفیدتر است تبدیل می‌کند، به عنوان مثال به صورت سیگنال با اندازه 4 تا 20 میلی آمپر، به صورت VDC یا یک خروجی USB تبدیل می‌شود.
تفاوت بین لودسل آنالوگ و دیجیتال
بدون شک لودسل دیجیتال بهترین و پرکاربردترین لودسل سیستم توزین است. دلیل این امر دقت بالای این لودسل در اندازه‌گیری وزن است. برای اینکه دقت بالا را درک کنیم بایستی این لودسل را در مقایسه با لودسل آنالوگ مورد بررسی قرار دهیم.
در لودسل های مبتنی بر کرنش سنج، خروجی در سطح mV/V است که اندازه آن به عواملی مانند ولتاژ تحریک، تعداد مقاومت های کرنش سنج در هر واحد و مقاومت پل بستگی دارد. تفاوت اساسی بین لودسل آنالوگ و دیجیتال در نحوه پردازش سیگنال خروجی پل وتستون (Wheatstone bridge) است. به طور معمول، خروجی پل کرنش سنج با ولتاژهای الکتریکی آنالوگ به صورت میلی ولت بر ولت (mV/V) شروع می‌شود که یک سیگنال آنالوگ ضعیف است. سپس این سیگنال آنالوگ ضعیف را می‌توان در یک تقویت کننده لودسل آنالوگ یا دیجیتال تقویت کرد.
تقویت کننده دیجیتال قابل تنظیم IDA100 با خروجی USB، یکی از ابزارهایی است که به کاربران کمک می‌کند خروجی آنالوگ یا دیجیتال تقویت شده دریافت کنند، این مبدل برای لودسل های دیجیتال بسیار کاربردی است.
خروجی دوگانه IDA100 در Load Cell ADC دیجیتال تنها با خروجی 5 ولت از USB تغذیه می‌کند. این دستگاه همچنین دارای خروجی آنالوگ ± 5 و 10 ولت نرم افزاری با مقدار نویز کم 12 میلی ولت پیک به پیک (mVp-p) و پهنای باند 1 کیلوهرتز می‌باشد.
وقتی سیگنال به صورت آنالوگ تولید و از لودسل به نمایشگر فرستاده می‌شود در معرض تداخل‌های رادیویی و الکترومغناطیسی محیط اطراف و دیگر اجزای ترازو یا باسکول است. بنابراین امکان تضعیف ولتاژ در این حالت بسیار بالا است و دقت توزین نهایی را تحت تاثیر قرار می‌دهد.
لودسل دیجیتال Vs لودسل آنالوگ
بد نیست بعد از آشنایی با لودسل دیجیتال نگاهی به تفاوت آن با لودسل آنالوگ هم بیندازیم.
در ابتدا بایستی گفت قدرت سیگنال لودسل دیجیتال بسیار بالاتر از سیگنال لودسل آنالوگ است. دلیل این امر تبدیل سریع امواج آنالوگ پیوسته به سیگنال‌های صفر و یک سیگنال دیجیتال در محفظه خود لودسل است.
بعلاوه محتوای سیگنال دیجیتال به دلیل عدم تداخل نویزهای محیطی قابل اعتماد‌تر است. سیگنال آنالوگ به دلیل ولتاژ پایین در هنگام ارسال از لودسل به نمایشگر به راحتی توسط نویزهای محیطی تحت تاثیر قرار می‌گیرد و دقت توزین را کاهش می‌دهد.
حال که با این موارد آشنا شدید این شما هستید که بایستی انتخاب کنید.
این شما هستید که تشخیص می‌دهید دقت توزین چه مقدار در کل فرایند صورت گرفته در کسب و کارتان تاثیر گذار است. اگر لودسل آنالوگ قابلیت تامین دقت مطلوب شما را دارد بهتر است با هزینه کمتر از همین لودسل ها استفاده کنید. اما اگر دقت بالا مطلوب شماست که بهترین انتخاب لودسل دیجیتال است.
کیفیت بالا
وضوح را می توان به سه روش تعریف کرد: داخلی، بدون نویز و تعداد بیت موثر. همه USB ها با وضوح داخلی 24 بیت شروع می شوند. وضوح بدون نویز (NFR) دستگاه های ما می تواند تا 21 بیت افزایش یابد.
نرخ نمونه برداری گسترده
برخی از کاربردهای اندازه گیری نیروی دینامیکی به نرخ نمونه برداری بالاتری نیاز دارند. سری USB FUTEK نرخ نمونه برداری را ارائه می دهد که بین 5 تا 38.4 هزار نمونه در ثانیه (SPS) است. لطفاً توجه داشته باشید که با افزایش نرخ نمونه برداری، وضوح تصویر متفاوت خواهد بود.
دقت چشمگیر و غیر خطی
FUTEK دقت را به عنوان یک تحمل حدی تعریف می کند که میانگین انحراف بین خروجی واقعی در مقابل خروجی نظری را تعریف می کند. و ما غیرخطی بودن را به عنوان حداکثر انحراف منحنی کالیبراسیون از یک خط مستقیم که بین خروجی های بدون بار و بار نامی ترسیم شده است، تعریف می کنیم. با دانستن اینکه هر دوی این مشخصات مهم هستند، کل خط USB ما دارای ± 0.005٪ FSR برای دقت و غیر خطی بودن است.
تداخل کم صدا
تداخل نویز می تواند برای جمع آوری داده های شما بسیار مضر باشد، به خصوص برای اندازه گیری های ظریف در محدوده ظرفیت میلی گرم، بنابراین کاهش نویز هدف اصلی ما در طراحی USB ها بود.